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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Bürstenherstellungsmaschine
mit einer ersten Spritzgießmaschine zum bereichsweise Umspritzen
von in Kassetten gehaltenen Borstenbündeln und zur Bildung
eines die Borstenbündel verbindenden Borstenträgers sowie
mit einer zweiten Spritzgießmaschine, in die der Borstenträger
einsetzbar und zur Bildung eines Bürstenkörpers
oder Teilbürstenkörpers umspritzbar ist.
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Bei
der Herstellung von Bürsten, bei denen die Borsten nicht
in den Bürstenkörper eingestopft, sondern die
Borstenbündel im Bereich des Bürstenkörpers
von dem Kunststoffmaterial umspritzt und so an dem Bürstenkörper
gehalten sind, besteht das Problem, dass beim Spritzen des Bürstenkörpers durch
den hohen Spritzdruck flüssiges Kunststoffmaterial durch
die einzelnen Filamente der Borstenbündel oder am Bündelrand
hochgedrückt wird und dieses überschüssige
Kunststoffmaterial dann an der Bürstenoberfläche
sichtbar ist und die Bürste so unbrauchbar ist.
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Um
dieses Problem zu lösen, kennt man bereits verschiedene
Vorrichtungen und Verfahren. Beispielsweise besteht die Möglichkeit,
die Borstenbündel an ihrer Befestigungsseite anzuschmelzen,
dabei die einzelnen Fasern miteinander zu verbinden und das angeschmolzene
Ende aufzudicken.
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Aus
der
EP 1 110 478 A1 ist
ein Verfahren bekannt, bei dem die in ein Formnest hineinragenden Enden
von Borstenbündeln zunächst mit einer Kunststoffkomponente
umspritzt werden und der so gebildete Borstenträger dann
in ein weiteres Formnest umgesetzt wird, in welchem der Bürstenkörper
gespritzt und dabei der Borstenträger umspritzt wird, der
so ein Teil des Bürstenkörpers wird. Der Borstenträger
kann dabei mit geringem Spritzdruck gespritzt werden, so dass ein Überquellen
des Spritzmaterials im Bereich der Borstenbündel vermieden
werden kann.
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Die
Spritzgießmaschinen sind üblicherweise mit Mehrfachformnestern
zum gleichzeitigen Spritzen einer Vielzahl von Bürstenkörpern,
häufig 16 pro Mehrfachformnest, ausgebildet. Die Borstenbündel werden
dabei in Kassetten gehalten, wobei die Kassetten üblicherweise
als Mehfach-Kassetten entsprechend der Anzahl der Mehrfachformnester
ausgebildet sind. Solche Mehrfach-Kassetten müssen, insbesondere
hinsichtlich der Lage der Bündellöcher für die
Borstenbündel, sehr präzise gefertigt sein und sind
daher teuer, wobei die Anforderungen an die Präzision steigen,
je größer die Kassetten sind.
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Die
Spritzgießmaschine selbst kann als Mehrfach-Spritzmaschine
mit mehreren Spritzaggregaten ausgebildet sein, um nacheinander
mehrere Kunststoffkomponenten spritzen zu können, beispielsweise
einen Bürsten-Grundkörper mit einer farbigen Teil-Umspritzung.
Wenn die erste und die zweite Spritzgießmaschine innerhalb
einer solchen Mehrfach-Spritzmaschine zusammengefasst sind, sind drei
Spritzaggregate erforderlich für die Borstenträger,
den Bürsten-Grundkörper und die Umspritzung. Solche
Mehrfach-Spritzmaschinen sind sehr aufwändig und teuer,
wobei die Kosten insbesondere von der Anzahl der Spritzaggregate
und damit verbunden von der Anzahl der sehr präzise auszubildenden Formhöhlungen,
die für jeden der Teil-Spritzbereiche gleich ist, abhängen.
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Da
die Kassetten nach dem Bestücken mit Borstenmaterial häufig
noch Bearbeitungsstationen zugeführt werden, beispielsweise
zum Profilieren, Schleifen und Abrunden der freien Borstenenden
und dann nacheinander in die einzelnen Formnester der Spritzgießmaschine
eingesetzt werden, ist eine Vielzahl von Kassetten erforderlich.
Die Kassetten sind somit ein wesentlicher Kostenfaktor für
derartige Bürstenherstellungsmaschinen.
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Es
besteht daher die Aufgabe, eine Bürstenherstellungsmaschine
der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein präzises
und sicheres Spritzen der Bürstenkörper ermöglicht
und trotzdem kostengünstig ist.
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Die
erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe
besteht darin, dass die erste Spritzgießmaschine zur Bildung
eines dünnwandigen Plättchens als Borstenträger
ausgebildet ist und eine kürzere Zykluszeit als die zweite
Spritzgießmaschine aufweist, und dass zumindest die zweite
Spritzgießmaschine als Mehrfach-Spritzgießmaschine
ausgebildet ist und ein vielfaches der Anzahl der Formnester der
ersten Spritzgießmaschine aufweist.
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Somit
können innerhalb eines Spritzzyklus' der zweiten Spritzgießmaschine
mehrere Spritzzyklen für die Borstenträger in
der ersten Spritzgießmaschine durchgeführt werden.
Es ist somit möglich, kleinere Kassetten zu verwenden,
die nach dem Spritzen des Borstenträgers in der ersten
Spritzgießmaschine gesammelt und gruppenweise in die zweite
Spritzgießmaschine eingesetzt werden, um die Bürstenkörper
zu spritzen. Durch die unterschiedlichen Zykluszeiten ist die Bearbeitung
ohne Zeitverlust gegenüber dem Spritzen in den verschiedenen Spritzgießmaschinen
jeweils mit Mehrfach-Kassetten wie beim vorbekannten Stand der Technik
möglich. Gleichzeitig sind die kleineren Kassetten der
erfindungsgemäßen Bürstenherstellungsmaschine
wesentlich kostengünstiger herzustellen, so dass die gesamte
Bürstenherstellungsmaschine kostengünstiger ist.
Dieser Kostenvorteil macht sich noch stärker bemerkbar,
wenn die Bürstenherstellungsmaschine zur Produktion verschiedener
Bürstentypen mit unterschiedlichem Borstenfeldmuster verwendet
werden soll und je nach Bürstentyp unterschiedliche Kassetten
benötigt werden.
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Auch
bei Mehrfach-Spritzmaschinen zum Herstellen eines Bürstenkörpers
aus mehreren Spritzkomponenten ist ein großer Kostenvorteil
gegeben, da das Spritzen des Bündelträgers an
der ersten Spritzgießmaschine separat erfolgt und innerhalb der
als Mehrfach-Spritzmaschine ausgebildeten zweiten Spritzgießmaschine
nur noch Formhöhlungen die Spritzkomponenten des Bürstenkörpers
benötigt werden, also eine Spritzkomponente weniger als
bei vorbekannten Bürstenherstellungsmaschinen.
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Zur
Erzielung eines optimalen Verhältnisses zwischen den Zykluszeiten
der einzelnen Spritzgießmaschinen und der Kassettengröße,
die die Kosten für die einzelnen Kassetten bestimmt, ist
es vorteilhaft, wenn die zweite Spritzgießmaschine als
Mehrfach-Spritzgießmaschine mit 16 Formnestern und die erste
Spritzgießmaschine als Mehrfach-Spritzgießmaschine
mit vier oder acht Formnestern ausgebildet ist. Somit können
die Kassetten jeweils als 4-fach- oder 8-fach-Kassette ausgebildet
sein, wodurch die Herstellungskosten gegenüber einer 16-fach-Kassette
deutlich reduziert sind. Auch bei einer ersten Spritzgießmaschine
mit einer 8-fach-Form können 4-fach-Kassetten verwendet
werden, die jeweils paarweise eingesetzt werden. Zudem sind Handling und
Transport der kleineren Kassetten einfacher, was zusätzlich
einen einfacheren und kostengünstigeren Aufbau der gesamten
Bürstenherstellungsma schine ermöglicht.
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Durch
den geringeren Spritzdruck der ersten Spritzgießmaschine
kann gegebenenfalls auf ein Anschmelzen der Bündelenden
vor dem Spritzen des Borstenträgers verzichtet werden.
Bevorzugt ist jedoch auch bei der erfindungsgemäßen
Bürstenherstellungsmaschine der ersten Spritzgießmaschine eine
Vorrichtung zum Anschmelzen der Borstenbündel-Enden vorgeschaltet.
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Damit
auch bei angespritzten Borstenbündel-Enden der Borstenträger,
der diese dann umgibt, möglichst dünn ausgebildet
sein kann, ist es zweckmäßig, wenn der Vorrichtung
zum Anschmelzen der Borstenbündel-Enden eine Vorrichtung
zum Abflachen der angeschmolzenen Borstenbündel-Enden zu-
oder nachgeordnet ist. Je flacher der Borstenträger ausgebildet
ist, desto flacher kann auch der gesamte Bürstenkopf ausfallen,
der durch Umspritzen des Borstenträgers in der zweiten
Spritzgießmaschine gebildet wird.
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Um
einen guten Halt zwischen dem Borstenträger und dem in
der zweiten Spritzgießmaschine um diesen gespritzten Kunststoffmaterial
zu erzielen ist es zweckmäßig, wenn die erste
Spritzgießmaschine zur Bildung einer profilierten Oberfläche
des Borstenträgers ausgebildet ist. Der Borstenträger
kann so mit Riffeln, Rillen oder Hinterschneidungen versehen sein,
um eine bessere Angriffsfläche für das in der zweiten
Spritzgießmaschine zugespritzte Kunststoffmaterial zu bilden.
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Üblicherweise
werden Kassetten aus Stahl verwendet, da diese robust und haltbar
sind. In besonderen Situationen, beispielsweise für Kleinserien, bei
denen es nicht auf eine lange Lebensdauer der Kassetten ankommt,
können diese jedoch auch aus Kunststoff bestehen. Es ist
auch möglich, Einzel- Kassetten aus Kunststoff vorzusehen,
die als Originalitätsverschluss ausgebildet sind. Diese
verbleiben an den Borstenbündeln und werden erst unmittelbar
vor dem ersten Gebrauch durch den Benutzer der Bürste abgenommen.
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Zweckmäßigerweise
weist die Bürstenherstellungsmaschine eine Bestückungseinrichtung
für die Kassetten sowie mehrere, einander nachgeordnete
Bearbeitungsstationen zum Bearbeiten der in den Kassetten gehaltenen
Borstenbündel auf. Die Bestückungseinrichtung
kann eine Stopfmaschine sein, oder das Borstenmaterial wird über
Spulen zugeführt, gebündelt und abgelängt.
Nach dem Bestücken der Kassetten können die Borstenbündel
abgerundet, geschliffen und profiliert werden. Nach dem Profilieren
werden die dem Nutzungsende der Borsten abgewandten Enden auf ein
einheitliches Niveau abgeschnitten, um sie anzuschmelzen und in
der ersten Spritzgießmaschine zu Umspritzen.
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Für
ein einfaches Handling der Kassetten ist es vorteilhaft, wenn zwischen
der ersten und der zweiten Spritzgießmaschine eine Vorrichtung
zum Entnehmen der Kassetten aus der ersten Spritzgießmaschine,
zum Sammeln der entnommenen Kassetten sowie zum Zusammenstellen
und Übergeben an die zweite Spritzgießmaschine
vorgesehen ist. Somit können die mit kürzerer
Zykluszeit gespritzten Kassetten mit den Borstenträgern
gesammelt und bereitgehalten werden, bis die zweite Spritzgießmaschine nach
einem ihrer Bearbeitungszyklen bereit ist, um die gesammelten Kassetten
entsprechend der Anzahl der vorhandenen Formnester aufzunehmen.
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Zwischen
der ersten und der zweiten Spritzgießmaschine kann auch
eine Vorrichtung zum Anbringen einer Identifikationsmarke an den
Borstenträger vorgesehen sein. Diese Identifikationsmarke
wird dann in der zweiten Spritzgießmaschine um spritzt, so
dass sie an der fertigen Bürste nicht mehr sichtbar ist.
Dies ermöglicht beispielsweise einen versteckten Originalitätsbeweis.
Im Zweifelsfall kann die Bürste aufgeschnitten und durch
das Fehlen der Identifikationsmarke ein Plagiat nachgewiesen werden.
Die Identifikationsmarke kann auch ein RFID-Transponder sein. Dieser
kann beispielsweise zur eindeutigen Identifikation jeder einzelnen
Bürste oder als Diebstahlschutz zum Auslösen einer
Alarmvorrichtung verwendet werden.
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Zur
weiteren Automatisierung des Herstellungsprozesses ist es zweckmäßig,
wenn der zweiten Spritzgießmaschine eine Entnahmevorrichtung für
die gespritzten Bürstenkörper sowie eine oder mehrere
Nachbearbeitungseinrichtungen nachgeordnet sind. Die fertig gespritzten
Bürsten können von der Entnahmevorrichtung entweder
direkt einer Nachbearbeitungseinrichtung zugeführt oder
auf eine Transporteinrichtung umgelegt werden, mit der sie an die
Nachbearbeitungseinrichtung weiterbefördert werden. Als
Nachbearbeitungseinrichtungen sind beispielsweise Vorrichtungen
zum Markieren der Bürsten, Beispielsweise mit einem Datums-,
Serien- oder Typvermerk, automatische oder manuelle Kontrollstellen,
Vorrichtungen zum Entfernen der Kassetten und/oder Verpackungseinrichtungen denkbar.
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Die
Kassetten werden nach dem Entfernen von der fertigen Bürste
zur Herstellung einer weiteren Bürste verwendet. Um einen
geschlossenen Kreislauf für den Transport der Kassetten
zu erhalten, kann eine Rückführeinrichtung zum
Transportieren der von den fertig gespritzten Bürsten entfernten Kassetten
an die Bestückungseinrichtung vorgesehen sein.
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Um
die Borstenbündel zu verdichten, kann an der Bestückungseinrichtung
eine Umsetzeinrichtung zum Übergeben der Borsten bündel
aus einer Bestückungs-Kassette in eine weitere Kassette
mit geringerem Lochdurchmesser vorgesehen sein.
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Das
Umsetzen kann besonders einfach erfolgen, wenn die Bestückungs-Kassette
Durchgangsöffnungen für die Borstenbündel
aufweist und wenn die Umsetzeinrichtung Stifte zum Einfahren in
die Durchgangsöffnungen aufweist. Dabei können
die Stifte an ihren Beaufschlagungsenden für die Borstenbündel
eine Profilierung aufweisen, um so die einzelnen Borstenbündel
während dem Umsetzen zu profilieren.
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Nachstehend
ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Bürstenherstellungsmaschine anhand der Zeichnungen näher
erläutert.
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Es
zeigt stärker schematisiert:
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1 eine
Bürstenherstellungsmaschine mit einer Stopfeinrichtung,
mehreren Bearbeitungsstationen, einer ersten und einer zweiten Spritzgießmaschine
sowie Nachbearbeitungseinrichtungen,
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2 eine
Aufsicht einer 4-fach-Kassette,
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3 einen
Schnitt durch die Kassette gemäß der Linie III-III
aus 2,
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4 eine
Spritzform der ersten Spritzgießmaschine mit einer mit
Borstenbündeln bestückten Kassette und
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5 eine
Schnittdarstellung einer fertigen Bürste.
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Eine
im ganzen mit 1 bezeichnete Bürstenherstellungsmaschine
weist gemäß 1 eine Stopfeinrichtung 2 mit
einem Bors tenvorrat 3, einem Bündelabteiler 4 und
einem Stopfwerkzeug 5 als Bestückungseinrichtung
für Bestückungs-Kassetten 6 auf. Nach
dem vollständigen Bestücken der Bestückungs-Kassette 6 mit
Borstenbündeln 7 wird die Bestückungs-Kassette 6 in
eine Übergabeposition gebracht (Pfeil Pf1), in der die
Borstenbündel 7 mittels einer Umsetzeinrichtung 8 in
eine weitere Kassette 9 übergeben werden. Diese
Kassette 9 kann einen geringeren Lochdurchmesser für
die Borstenbündel 7 aufweisen, so dass die Borstenbündel 7 beim
Umsetzen verdichtet werden. Die Umsetzeinrichtung 8 weist
Stifte 10 zum Einfahren in die Durchgangsöffnungen
der Bestückungs-Kassette 6 auf. Mit diesen Stiften 10 werden
die Borstenbündel 7 aus den Durchgangsöffnungen
der Bestückungs-Kassette 6 in die Durchgangsöffnungen 27 (2, 3)
der Kassetten 9 verschoben. Nach dem Umsetzen der Borstenbündel 7 in
die Kassette 9 wird die Bestückungs-Kassette 6 wieder
vor das Stopfwerkzeug 5 gebracht (Pfeil Pf2) und kann neu
bestückt werden. Durch die Verwendung von mehreren Bestückungs-Kassetten 6 kann
während dem Umsetzen der Borstenbündel in eine
Kassette 9 bereits eine weitere Bestückungs-Kassette 6 mit
Borstenbündeln bestückt werden, wodurch die Bearbeitungszeit
beschleunigt werden kann.
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Die
Kassetten 9 sind in der gezeigten Ausführungsform
jeweils Vierfachkassetten, wobei die vier Abschnitte für
die einzelnen Bürsten in der Zeichenebene gemäß 1 nebeneinander
angeordnet sind und jeweils eine quer zur Zeichenebene gerichtete
Bündel-Reihe aufweisen (vergleiche auch 2).
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Die
mit Borstenbündeln 7 gefüllten Kassetten 9 werden
entlang einer Transporteinrichtung 11 mehreren Bearbeitungsstationen 12a,
b, c zugeführt. An einer ersten Bearbeitungsstation 12a werden
die Borstenenden abgerundet, an einer zweiten Bearbeitungsstation 12b profiliert
und an einer weiteren Bearbei tungsstation 12c werden die
Enden des profilierten Borstenfeldes auf gleiche Länge
abgeschnitten.
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An
einer Entnahmestation 13 werden die Kassetten 9 einer
Vorrichtung 14 zum Anschmelzen der Borstenbündel-Enden 15 übergeben
(Pfeil Pf3). An der Vorrichtung 14 wird zunächst
mit einer Stiftplatte 16 in die Bündellöcher
der Kassette 9 eingefahren, um die Enden der Borstenbündel 7 aus
der Kassette 9 zu drücken, die dann von einer
Heizplatte 17 beaufschlagt und dabei angeschmolzen werden.
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Die
Kassette 9 wird anschließend einer ersten Spritzgießmaschine 18 zugeführt,
in der die angeschmolzenen Borstenbündel-Enden 15 jedes Borstenfeldes
zur Bildung eines dünnwandigen Plättchens als
Borstenträger 19 umspritzt werden. Die Kassette 9 wird
dabei so zwischen zwei Formhälften 20a, b der
ersten Spritzgießmaschine 18 eingesetzt, dass
die angeschmolzenen Bündel-Enden 15 in Formhöhlungen 21 der
ersten Formhälfte 20a ragen (siehe 4)
und dort umspritzt werden können.
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Nach
dem Spritzen der Borstenträger 19 wird die Kassette 9 aus
der ersten Spritzgießmaschine 18 entnommen. Mehrere
so bearbeiteter Kassetten 9 werden an einer Sammelstelle 22 zusammengestellt und
anschließend gemeinsam in eine Mehrfachform 23 einer
zweiten Spritzgießmaschine 24 eingesetzt. Dort
werden die Bürstenkörper 25 für
die einzelnen Bürsten 26 (5) gespritzt,
indem die Borstenträger 19 umspritzt werden.
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Zum
Spritzen des Borstenträgers 19 in der ersten Spritzgießmaschine 18 wird
nur eine kurze Zykluszeit benötigt, so dass während
eines Spritzzyklus' der zweiten Spritzgießmaschine 24 mindestens die
Anzahl der in die zweite Spritzgießmaschine 24 einzusetzenden
Kassetten 9 an der ersten Spritzgießmaschine 18 bearbeitet
werden können. Somit ist es ohne Zeitverlust möglich,
kleinere und damit kostengünstigere Kassetten 9 zu
verwenden, von denen dann eine entsprechende Anzahl in die Mehrfachform
der zweiten Spritzgießmaschine 24 eingesetzt werden.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
werden zwei Vierfach-Kassetten 9 in eine 8-fach-Form der
zweiten Spritzgießmaschine 24 eingesetzt. Die
zweite Spritzgießmaschine 24 kann aber auch beispielsweise
eine 16-fach-Form aufweisen, in die dann vier Vierfach-Kassetten 9 eingesetzt werden
usw.
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Nach
dem Entnehmen der Kassetten 9 mit den gespritzten Bürstenkörpern 25 aus
der zweiten Spritzgießmaschine 24 (Pfeil Pf4)
werden diese noch mehreren, nicht näher dargestellten Nachbearbeitungseinrichtungen
zugeführt (Pfeil Pf5), wo beispielsweise ein Stempel oder
eine Gravur an den Bürstenkörper angebracht werden
kann, eine Kontrolle der Bürste auf Fehler erfolgt oder
sonstige Bearbeitungen durchgeführt werden. Schließlich
wird die fertige Bürste aus der Kassette 9 ausgeworfen (Pfeil
Pf6) und die leere Kassette 9 wieder der Transporteinrichtung 11 zugeführt
(Pfeil Pf7).
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Wie
aus der Darstellung gemäß 1 deutlich
wird, ist innerhalb der Bürstenherstellungsmaschine 1 eine
Vielzahl von Kassetten 9 in Umlauf. Da kleine Kassetten,
beispielsweise Vierfach-Kassetten, deutlich kostengünstiger
sind als größere Kassetten, beispielsweise 8-fach-
oder 16-fach-Kassetten, ist gegenüber vorbekannten Bürstenherstellungsmaschinen,
die mit solchen größeren Kassetten arbeiten, ein
deutlicher Kostenvorteil gegeben. Trotzdem ergeben sich durch die
unterschiedlichen Zykluszeiten der ersten und der zweiten Spritzgießmaschine keine
Nachteile hinsichtlich der Bearbeitungszeit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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